美国科技与教育的新政策

美国科技与教育的新政策

工程教育是美国高等教育的传统重点领域之一，在促进美国科技事业的发展方面发挥着非常重要的作用。工程教育通过培养训练有素的劳动者和具有创新能力的工程师,从而为美国的工程领域和产业界输送源源不断的新兴力量。作为提升美国经济竞争力的重要组成部分,工程教育在美国一直得到高度重视。然而,20世纪后期以来,美国在工程教育领域存在的一系列问题也日益引起政府和社会各界的重视。有研究者指出,“工程人才短缺和工程教育质量问题,是全世界面临的共同问题。从1986年开始,美国国家科学基金会(NSF)、美国国家研究委员会(NRC)、国家工程院(NAE)和美国工程教育学会(ASEE)纷纷展开调查和制定战略计划,积极推进工程教育改革。”进入新世纪以来,美国政府及相关智囊机构更是发布了一系列政策规划和研究报告,呼吁人们对这些问题引起足够重视,重振工程教育的雄风,以保持美国在世界科技领域的领先地位,增强美国经济的国际竞争力。本文将对美国近年来出台的5个重要政策文本和研究报告进行重点介绍,在此基础上总结美国科技与工程教育政策动向的基本特征,最后分析这些政策动向对我国工程教育改革的启示。一、美国科技和工程教育的改革政策进入21世纪以来,美国在工程教育领域中的重大政策规划和研究报告,集中反映在本论文以下将要分析的五大报告之中。通过对这些报告的系统梳理和全面总结,可以清楚地把握当前美国科技和工程教育领域的改革重点和努力方向。这些政策规划和研究报告包括:一是由美国国家工程院发布的《2020工程师》报告;二是由卡内基教学促进基金会于2007年发布的《培养工程师:谋划工程领域的未来》;三是美国工程院于2008年发布的《21世纪工程大挑战》报告,四是由密歇根大学发表的《变革世界的工程:工程实践、研究和教育的未来之路》;五是美国工程院和国家研究理事会于2009年发布的《K-12教育中的工程:现状与前景》。以下将对这5个报告的主要内容进行简要概述。1.《行动报告》的内容美国工程院发布的《2020工程师》报告,是由两个分报告组成的,一是于2004年发表的《2020工程:愿景报告》(下简称“愿景报告”),二是于2005年发表的《培养2020工程师:行动报告》(下简称“行动报告”)。前者是对2020年工程领域的相关议题的发展趋势进行展望,而后者则具体提出了工程教育领域的应对措施。其中:《愿景报告》从4个方面对2020年的工程发展前景作了预见和深入讨论,关注的问题主要包括:2020年工程实践的技术大背景是什么?2020年工程的社会、国际和专业的大背景是什么?对2020年工程和工程师的期望是什么?2020年工程师的关键特征是什么等等。该研究报告从以下几个方面描绘了2020年工程的愿景:(1)公众能够理解并欣赏工程专业在社会文化系统中发挥的深刻作用,通过工程教育能够获得更多的职业发展机会,以及工程教育对工程师成功地从事“非工程”的工作同样具有非常重要的价值。(2)公众认可专业主义(professionalism)、技术知识、社会及历史意识、传统等知识的融合,这样才能使工程师更好地迎接复杂多变的挑战。(3)工程师在继续保持数学和科学坚实基础的同时,扩大人文、社会科学和经济学的基础,以拓展设计视野。通过关注创造方法以使下一代技术在解决未来问题的应用中发挥更有效的引领作用。(4)工程专业应能够迅速融合由创造、发明和交叉学科所带来的一切潜力,来开辟并适应新的领域,包括需要与非工程学科(如人文科学、社会科学、商务)进行跨学科合作的领域。工程师应当能够占据领导者的地位,对公共政策的制定以及政府、产业的治理产生积极的影响。(5)工程专业应能有效地招募、培养人才,吸引当前尚未充分从事工程专业的群体。(6)工程师能够继续成为智慧、知识、经济发展的领导力量,能够充分适应全球力量和趋势的变化,并能从伦理上帮助世界达到发展中国家和发达国家生活水平之间的平衡。《行动报告》则是在愿景规划的基础上,全面论述了2020工程教育发展战略、2020工程教育实施项目与机制等问题,并对2020工程教育提出若干具体的建议。该报告在改革工程教育的方向和原则上,主要提出以下三点建议:一是要在一个大系统中探求有效的工程教育,这个大系统是由相互关联的工程教育系统、工程实践系统、K-12教育系统以及全球经济系统构成的。二是工程教育必须体现其训练工程师的本质,同时,工程教育过程是在日益重视工程实践与工程教育研究的背景下进行的。三是工程教育需要多方合作,尤其是工科教师与工程专业界的参与。在提供战略要点的同时,该报告也探讨了改革目前工程教育的具体建议,例如:学士学位应当作为工科的预备学位或“毛坯工程师”学位,而硕士学位才可被看作工程专业的主体学位;工程教育者应当在课程中引入跨学科的学习,发掘工程成败的案例,使案例学习成为一种有效的学习方法等等。有研究者将行动报告体现出来的改革动向与发展趋势归纳为“夯实工程专业的地位、扩大全方位的合作、试行工程教育普及化、坚持改革策略的系统性”等。2.工程教育设计《培养工程师:谋划工程领域的未来》报告,是美国卡内基基金会关于“专业人员”(professional)培养的系列研究成果之一。之前发表的两个报告分别是《培养牧师》和《培养律师》,而随后发布的报告分别考察了护士和医生的培养工作。《培养工程师》与其他几个研究报告一样,是建立在对当前教育实践的直接观察的基础上的。在研究中,研究人员聚焦于40所工科院校,考察了100个有关鉴定的自评报告,走访了6所院校和11个机电类工程学科计划,这11个学科计划是美国本科工程教育交叉领域的典型代表。报告认为,工程师与医生、护士、律师、牧师及其他专业人士一样,是在日益复杂和不断变化的情境中工作的。工程实践的外部环境发生了变化,工作的实质内容,即工程师要解决的问题和所依赖的知识也发生了变化。同时,他们与工作、工作场所以及同事的关系也在发生巨大变化。而本科工程计划是职业形成的关键节点:不像律师、医生和牧师,工程的第一个专业学位是学士学位。然而,虽然工科院校旨在让学生为职业做好准备,但是他们受学术传统的严重影响,而学术传统并非致力于满足行业的需求。一直以来,如何解决这一问题的对策方案都缺乏整体性的考虑。该研究得出的一个重要结论是要加强专业实践教学。研究认为,如果工程专业的学生要准备迎接今天和明天的挑战,其培养重心就应该是专业实践,通过对专业工程师(特定的)角色认知和所承担义务的持续强化来整合技术知识和实践技能。专业实践教学应该成为在未来本科工程教育中对课程内容和教学策略进行选择时的标准。为了实现这个目标,工程教育中的课程及教学策略必须精心设计,使得有抱负的工程师从学生式思维向专业人士的思维转变。实行这种工程教育的变革,实质上是一个教育设计的问题。因此,为了引导工程教育重新设计,该报告的作者提供了以下4条原则:一是加强专业实践;二是在教学中强调关键概念;三是通过模拟实践来整合学生的自我定位、知识和技能;四是把工程置于全球环境,鼓励学生运用横向思维。卡内基报告最后指出,美国国家领导人应将工程教育的改革视为国家的优先事项,应当尽可能使更广泛的利益相关者参与到全国性的观点辩论和理念分享中来。3.推进工程科技创新的es报告和gcsp计划2008年9月,美国工程院发布《21世纪工程大挑战》报告。该报告首先梳理了21世纪人类所面临的14项工程挑战,具体包括:太阳能经济利用;氢能源开发;CO2封存技术开发;氮循环控制;清洁水供应;市政设施改造;健康信息建设;先进药物与治疗;思维技能再造;核恐怖防范;赛博空间安全;虚拟现实(VR)普及;个性化学习拓展;科学与工程合作,等等。针对每一项“大挑战”(GrandChallenges),报告分别阐明了其重要性、对工程的冲击与焦点,以及回应挑战的策略思考。在该报告的推动下,美国杜克大学工学院、欧林工学院、南加州大学(USC)工学院等工程院校于2009年3月联合发起成立协作组(consortium),以讨论如何应对14项大挑战。与此同时,美国工程院迅速回应并予以大力支持,设立一项“大挑战学者计划”(GCSP,GrandChallengeScholarsProgram),提出了培养能够迎接大挑战主题的新型工程师的课程架构。新的架构包含5个部分:(1)涉及大挑战主题的设计或研究活动;(2)称之为“工程+”的跨学科课程;(3)创业;(4)全球视野;(5)服务的学问。GCSP计划安排用1年时间征集意见和吸收协作组新成员,并争取NSF对全国性GSCP计划的立项资助。GCSP计划已于2010年3~5月就大挑战主题举办了5次系列高峰会议,并于2010年秋在洛杉矶举办全国的高峰会议。前五次会议的信息如表1所示。根据“大挑战学者计划”的设计,这一系列会议旨在:提高学生对工程与科学的兴趣;提升科学与工程对社会的显示度和重要性;强调认识工程教育必须联系政策、商务和法律,必须以学生为主体的重要性;提高学生对工程科技创业的兴趣;激发科学家、工程师、政策制定与研究者为成功解决复杂社会问题而在商务、法律、社会科学和人文学科方面加强未来合作的兴趣。4.战略路线图《变革世界的工程:工程实践、研究和教育的未来之路》报告,是密歇根大学杜德斯达特教授于2008年组织发表的一项重要研究报告。该报告开门见山地指出:包括人口特征、全球化和技术快速变革在内的一系列强大力量,驱使工程在社会中的角色发生深刻的变化。全球知识经济对于不断变化的劳动力和技术的需求,极大地改变了工程实践的性质,工程师不只是简单地掌握科学与技术原理,还需要更广泛的技能。人们越来越意识到技术创新对经济竞争力和国家安全的重要性,这就要求优先发展工程应用基础研究。基础研究和工程应用之间知识流动的非线性、新技术的高度跨学科性,以及网络基础设施的影响,需要新的工程研究和开发范式。而且目前美国工程的发展方针还面临着诸如工程类工作的外包、学生对科学和工程职业兴趣的下降、移民限制以及国内工程劳动力多样性的缺乏等诸多挑战。在报告中,作者采取了战略路线图的方法进行研究,即首先对变革的工程环境进行扫描,对当前工程实践、研究和教育的特性和挑战进行评估,继而总结最近的一些相关研究成果,提出工程未来的愿景,然后进行差距分析以探明既作为一门学科也作为一种职业的工程所发生的深刻变化。最后,报告设计了通向未来工程的路线图,即一系列旨在变革工程实践、研究和教育的建议和行动,其基本目标是维持和增强对经济繁荣、国家安全和社会福利起着关键作用的国家技术创新能力。研究认为,为了满足国家的需要,工程职业必须获得如律师和医师同样的地位和影响力。在快速变革的世界里,工程实践的知识基础需要不断扩张,这就要求新的工程实践范式以更好地联系科学发现和创新。报告提出,美国所面临的复杂挑战,需要美国工程师具备更高的教育水平,特别是创新、创业和全球工程实践。5.k12工程教育与stem学近年来,美国举国上下已经充分意识到工程和工程教育必须从娃娃抓起,鉴于21世纪20年代的工程师,正是当前在校的中小学学生,因此,美国工程院与国家研究理事会(NRC)于2009年初,联合发布研究报告《K-12教育中的工程:了解现状和改进前景》,专门探讨STEM教育中的工程核心概念和工程能力概念、相关教育实施的状态、教学主题和方式的改进,并就K12工程教育的基本原理、政策和课程问题以及与STEM整合等问题,提出若干具体的建议。报告呼吁教育工作者、政策制定者、工业界领导人和教育研究工作者、认知科学研究者联合起来,共同推进K12学校中的STEM教育和社会公众的认知,提升全民族的科技素养。作为国家科技人力资源(HRST)建设的一项重大科技教育政策,美国的STEM(科学、技术、工程和数学)集成战略计划已经运作多年。早在1986年,美国国家科学委员会(NSB)发表报告:《本科的科学、数学和工程教育》,又称《尼尔报告》。该报告首次明确提出“科学、数学、工程和技术教育集成”的纲领性建议,因此SME&T集成被视为STEM集成的开端。该报告被认为是美国STEM学科集成战略的里程碑,因为它指导了美国国家科学基金会(NSF)此后数十年来对美国大学教育改革的政策和财力支持。20多年来,STEM学科集成战略的理念和实践已经产生了广泛影响,上至美国国会和若干学术机构,下至正在接受K-12教育的中小学生和幼儿园娃娃。STEM学科集成已经成为美国应对21世纪挑战的国家利器,成为其科技人力资源开发的一项最重要内容。二、美国工程教育的改革与发展通过以上分析可以看出,上述5个报告对21世纪美国工程教育的改革和发展,起到了非常重要的推动作用。简单而言,新世纪美国工程教育改革可以归纳为以下五大特征:1.未来工程教育的社会期望20世纪末以来,美国“工程教育与工程实践的裂缝正在扩大,教育机构的人才产出不能符合雇主的需要。如何在一个大系统中探求有效的工程教育成为紧迫的问题”,为此,美国政府和学界在一系列研究的影响下,形成了较强的危机意识和行动意愿,认为应当对工程教育进行超前设计,致力于培养能够满足未来社会需求的工程人才。《2020年工程师》报告就是基于对未来工程实践进行系统预测的基础上提出的,该报告从“2020年工程实践的国际、社会、技术大背景是什么”、“2020年工程师的关键特征是什么”等问题出发,对未来社会的工程实践和工程师的愿景进行展望,并在此基础上提出工程教育的行动方案。报告立意深远,视角超前,极具启发性,能够较好地唤起社会各界的紧迫意识和改革动力。同样地,在美国工程院发布的《21世纪工程大挑战》报告中,首先梳理了21世纪人类所面临着的包括太阳能经济利用在内的14项工程挑战,针对每一项“大挑战”分析了其重要性、对工程的冲击与焦点,以及回应挑战的策略,这也是对人类面临的一系列重大问题的超前应对。2.对科技和工程教育的系统性认知自1986年开始实施STEM战略以来,美国教育界就一直致力于将工程和技术教育贯穿于整个教育系统之中。STEM不仅仅针对高等教育层面,事实上它覆盖着整个K-12教育,是一项从娃娃抓起的教育国策。早在20世纪80年代美国就成立了许多相关委员会,它们一致推荐未来的中学教育要将技术教育作为学校的一项核心教育科目。当前,通过以上所提及的一系列的重要政策规划和研究报告,对科技和工程教育的系统性认知更是深入人心。在《2020工程师》的行动报告中,甚至明确地提出,要整合并构建一个大工程教育系统,这个系统不仅包括K-12教育系统、工程教育系统、工程实践系统,甚至将全球经济系统也整合在其中。3.工程教育改革的重要思想—回归实践,强调提升工程师和科技人才的动手能力和解决问题能力。早在20世纪90年代,人们就已经认识到工程教育过程中存在实践训练不足的问题,自此,人们“重新审视了工程的实践本质,启动了以麻省理工学院为首的‘回归工程运动’,这个运动非常强调实践训练在工程教育中的作用……尤其强调对学生工程设计能力的培养。重视实践性教育重新成为了指导工程教育改革的重要思想,它已经指导了一系列以学生参与科研实践与工业实践为主的教学改革”。同样地,在本研究提到的研究报告中,卡内基基金会的《培养工程师》报告,就非常强调工程师的培养方案中专业实践教学环节的必要性。研究报告认为,实践在这里是一种复杂的、创造性的、负责任的、以背景关联为基础的活动,并提出了具体的建议,如在实行计划的每一年中,学生都应该经历专业实践并思考专业实践的需求,将理论与实践相联系;通过模拟实践将知识和技能及(未来所要扮演的)角色整合起来,学生需要通过观察和模仿专家们的做法,以此来将自己的想法与作品表现出来。4.与大学的关系虽然对工程师的培养已经在不断改进的过程中,但目前的培养模式仍然存在诸多问题,特别是工程教育中的科学化倾向、实践环节的不足、跨学科知识的不足、专业性不够等问题。这些问题的解决需要对已有的工程师培养模式进行改革和创新。这也是近来的美国工程教育界一直致力探索的。有研究者也分析了美国科学基金会主导实施的RREE和EERC计划。同样地,在《变革世界的工程》报告中,也提出一系列的改革思路,如:工程学科(或者更广泛地说,是技术学)应该包含在通识学科里,为21世纪所有学生的本科教育奠定基础;通过产业界和职业协会、高等教育之间的紧密合作建立工程研究生专业学院,并提供以实践为基础的学士后学历作为工程职业的准入学历;联邦政府与产业界应该与高等教育进行紧密的合作,在大学设立大量的发现式创新组织,以联系基础科学发现与技术创新,为满足社会需求的新产品、新工艺和新的服务建立必要的知识基础,等等。这些如果能够逐步得以实现,则无疑有利于工程师和技术人才的培养。5.工程教育过程中的系统集成随着未来社会的多元化和工程实践复杂性的增加,目前已经不可能在工程教育领域内孤立地规划和实施工程师的培养方案了。从当前美国工程教育界政策规划和行动方案来看,目前的工程教育过程中的系统集成,是在不同层面同时发生的。首先,从学科集成来看,自1986年美国国家科学委员会发布《本科的科学、数学和工程教育》报告以来,就提出了“科学、数学、工程和技术教育集成”的纲领性建议,并作为美国教育领域的国策之一延续至今;从教育层次来看,《培养2020工程师》报告提出应该将基础教育阶段整合到工程教育体系中,要整合并构建一个大工程教育系统;在STEM战略中,奥巴马政府仍然进行大力倡议和宣传活动,鼓励中小学生,尤其是初高中生,追求科学、技术、工程和数学方面的知识。三、美国工程教育改革的启示《变革世界的工程》报告有一段对当前美国工程教育现状的评论,“我们今天多数大学,正试图在一个19世纪的学校,用一套20世纪的课程,来培养21世纪的工程师”。很显然,并非所有的美国高校都是如此,但这样的评论能够引起人们对当前工程教育现状的深刻反思。事实上,美国工程教育领域存在的诸如科学化倾向、培养方案的实践环节不足、与产业界缺乏足够的联系等问题,在我国的工程教育中同样存在,甚至有过之而无不及。因此,通过梳理美国当前工程教育的改革动向,可以为我国工程教育领域的改革和发展提供借鉴启示。具体而言,可以从以下几个方面探讨推动我国工程教育的改革和发展:1.凝聚工程教育改革的共识当前,我国工程教育还存在一系列值得反思的问题。有学者将其总结为“远未形成自觉的主体意识、尚未建立自己的明确目标、从未系统设计过自己的蓝图”等三大问题。解决这些根本性问题的前提,首先在于凝聚进行工程教育改革的共识。美国工程教育改革的一个基本启示就是:通过全面系统的调查研究,为社会提供关于工程教育存在的问题、面临的挑战等方面的信息,从而提升政府及社会各界对工程教育改革的重要性和紧迫性的认识,为全面改革工程教育提供认识基础。2.顶层设计的总体愿景要解决当前工程教育问题,就必须对当前工程教育体系进行较大幅度的改革,这就要求加强顶层设计,形成关于工程教育改革的总体愿景和具体行动方案。有学者指出,“